JP5080739B2

JP5080739B2 - 活性汚泥処理装置

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Publication number: JP5080739B2
Application number: JP2005373074A
Authority: JP
Inventors: 禎仁中原; 渉藤井; 賢治本城; 学笹川
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2025-12-26
Also published as: JP2007167827A

Description

本発明は、有機物やバクテリア類を含む大量の排水を生物学的に連続処理する膜分離活性汚泥処理装置に関し、特に原水量が設定量以上に増加したときの対処を可能にした膜分離活性汚泥処理装置に関する。

従来の膜分離活性汚泥システムによれば、微細目スクリーンにて比較的大きな固形分が除去された排水（原水）が原水調整槽に導入される。この原水調整槽では、液面を液面計により測定し、第１送液ポンプを間欠作動させて槽内の液面高さを所定の範囲となるように調整している。第１液送ポンプによって送られる原水は脱窒槽に導入されたのち、脱窒槽から溢流させて隣接する硝化槽へと流入させる。この硝化槽には膜ろ過ユニットが浸漬配置されている。この膜ろ過ユニットにて活性汚泥と処理水とに膜分離された処理水は吸引ポンプにより処理水槽へと送液される。硝化槽の内部の汚泥の一部は第２液送ポンプによって上記脱窒槽へと返送されて循環する。

好適な膜ろ過ユニットの例として、例えば特開２０００−５１６７２号公報（特許文献１）を挙げることができる。前記膜ろ過ユニットは、多数の中空糸膜を平行に並べたシート状の中空糸膜モジュールと同中空糸膜モジュールの下方に配された散気発生装置とを備えている。前記中空糸膜モジュールは、相互の膜面を平行にして配列された複数枚からなり、全体の形状は略直方体状を呈している。一方、前記散気発生装置は、例えば金属、樹脂などからなるパイプに孔を設けた複数本の散気管を平行に配設し、各散気管の一端をばっ気ブロアに接続させている。散気発生装置から空気の気泡を発生させて、生活排水、工場排水などの汚水を処理する場合、硝化槽の汚泥中の有機物を、好気性微生物の存在下で散気発生装置から発生した空気と接触させることにより、前記有機物を前記好気性微生物に吸着・代謝分解させて、生物学的処理がなされる。

前記中空糸膜モジュールと散気発生装置とは側部の四方を遮閉板により囲まれている。この遮閉板は、散気発生装置から発生する気泡が上昇することにより発生する気液混合流を上昇流から下方流へと導くための壁部となる。散気発生装置から発生した気液混合流は、斜め方向に飛散せず、まっすぐに上昇して中空糸膜モジュールに効率よく接触する。このとき、中空糸膜モジュールの膜面に対する気液混合流の一様な分散により、中空糸膜モジュールを均一に洗浄する。またこの基液混合流により上記生物学的処理が効率的になされるとともに、中空糸膜のろ過機能により固液分離がなされる。前記膜分離ユニットには集水配管の一端が接続され、その他端には吸引ポンプが接続されており、この集水配管を通して、膜分離ユニットによってろ過された処理水（ろ過水）が取り出されて処理水槽へと移送される。

一般に上記シート状の膜モジュールは、中空糸膜に限るものではなく、複数の微細な孔を有するろ過膜を備えたものであれば、例えば平膜タイプ、管状膜タイプ、袋状膜タイプなどの種々の公知の分離膜を適用することができる。また、その材質としては、セルロース、ポリオレフィン、ポリスルホン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフロライド）、ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）、セラミックスなどが挙げられる。

このシート状の膜モジュールに形成された微細孔の平均孔径は、一般に限外ろ過膜と呼ばれる膜では平均孔径０．００１〜０．１μｍ、一般に精密ろ過膜と呼ばれる膜では平均孔径０．１〜１μｍである。例えば、活性汚泥の固液分離に用いるときは、０．５μｍ以下の孔径であることが好ましく、浄水のろ過のように除菌が必要な場合は０．１μｍ以下の孔径であることが好ましい。

膜分離活性汚泥処理システムは、原水を脱窒槽及び硝化槽（好気槽）において活性汚泥により生物学的に浄化する。窒素の除去は、脱窒槽と硝化槽との間で汚泥を循環させることにより、いわゆる硝化脱窒反応によってなされる。ＢＯＤに換算される有機物は、主として硝化槽内に配置されたばっ気装置である膜ろ過ユニット５の散気発生装置から排出される空気により好気的に酸化され分解される。

またリンの除去は、汚泥中の微生物（リン蓄積細菌）の作用によりポリリン酸として微生物体内に取り込まれることにより行われる。この微生物は好気状態においてリンを取り込み、嫌気状態において体内に蓄えたリンを放出する。リン蓄積細菌は、嫌気状態と好気状態に繰り返して晒されると、嫌気状態で放出したリンの量より多くのリンを好気状態で吸収する。

生物由来の排泄物や死骸などの窒素化合物の一部は、肥料として植物やバクテリアに同化される。また、こうした窒素化合物の一部は、酸素の多い好気条件下で独立栄養アンモニア酸化細菌や独立亜硝酸酸化細菌により、亜硝酸、硝酸へと酸化される。他方、酸素がない嫌気条件下では、脱窒菌と呼ばれる微生物が酸素に代わって硝酸から亜硝酸を生成し、更には一酸化二窒素、窒素ガスへと還元する。この還元反応が上記硝化脱窒反応と称される。

このような硝化脱窒反応に基づく膜分離活性汚泥処理装置が、例えば国際公開第０３／１０１８９６号パンフレット（特許文献２）に開示されている。同特許文献２によれば、爆気槽から無酸素槽へ循環液である汚泥を送液する際、無酸素槽中に配された最も低い位置にある爆気装置の底部から循環液である汚泥を取り出すように構成しており、爆気槽と無酸素槽との２つの処理槽のみで、凝集剤などを使用せずに窒素及びリンが除去できるようにしている。

一方、近年、工業用排水処理や汚泥処理場などにおける１日の処理量は増加しており、これを効率的に処理する技術の開発が強く望まれている。この要望に応えるべく、例えば米国特許第５，９４４，９９７号明細書（特許文献３）に記載されているような、硝化槽を大きくするとともに、単一の硝化槽に多数の膜ろ過ユニットを浸漬して並置し、活性汚泥が一方向に流れるようにして、同時に大量の排水処理を行おうとする技術が開発されつつある。上記中空糸膜モジュールを使った複数基の膜ろ過ユニットを硝化槽に並べて浸漬する。複数基の中空糸膜モジュールにてろ過された処理水を一本の集水配管に集めて一括してポンプにより吸引して集水する。
特開２０００−５１６７２号公報国際公開第０３／１０１８９６号パンフレット米国特許第５，９４４，９９７号明細書

ところで、生活廃水などでは、雨天時など、雨水の流入により一時的に原水流量が増えることがある。また、朝、晩のピーク時と重なった場合などは、通常の処理能力では、処理しきれないことがある。膜分離活性汚泥法の場合は、通常処理槽の水位によって原水調整槽から脱窒槽への送液を制御しているので、処理能力以上の原水の流入があった場合、原水調整槽の水位が上昇する。一方、通常は硝化槽内の液位の上限が規定されており、その上限値に達すると前記原水調整槽からの送液は停止されてしまう。その結果、処理能力以上の流入が長時間継続すると原水調整槽が溢れてしまうというトラブルが発生してしまう。これを避けるために、原水調整槽から消毒槽へのバイパスを設けて、消毒のみを行って放流する手段をとることもあるが、環境への影響を考えると好ましいことではない。

本発明は、このような事態に対応すべく開発されたものであり、その目的は原水貯留槽の水位が設定値以上となったときに迅速に処理が可能な膜分離活性汚泥処理装置を提供することにある。

かかる目的は、本発明の基本構成である、原水の脱窒槽へ送液量を調整する原水調整槽と脱窒菌による脱窒処理がなされる脱窒槽と硝化菌による硝化処理がなされる硝化槽とが順次配され、前記原水調整槽から前記硝化槽へ被処理水を送液する送液ポンプを有し、前記硝化槽には１基以上の膜ろ過ユニットが浸漬され、排水を生物学的に処理して活性汚泥と処理水とに膜分離する活性汚泥処理装置にあって、前記原水調整槽及び前記硝化槽がそれぞれの槽の各液位を測定する液面計を備え、前記原水調整槽の液位が、予め決められた通常運転時における設定高さを越えた場合に、前記硝化槽の液位を前記液面計にて監視し、前記原水調整槽及び硝化槽の液位の増加に合わせて、同硝化槽の液位が溢流高さ以下を維持するように、前記送液ポンプによる被処理水の送液量及び膜ろ過ユニットからの処理水の吸引量を自動的に制御する制御部を備えてなり、前記制御部は、原水調整槽の液位の通常運転時における設定高さを越えた場合において前記原水調整槽の液面計で計測される液位の変化割合から液位の上昇速度を演算する第１演算部と、同第１演算部の演算結果に応じて原水調整槽から前記送液ポンプにより脱窒槽を介して硝化槽へと送る原水の送液量を増加させる制御信号を送液ポンプに出力する第１制御信号出力部と、前記原水調整部からの送液量の増加量から硝化槽の液位の上昇速度を演算する第２演算部と、同第２演算部の演算結果に基づき同硝化槽の液位が溢流高さ以下を維持するように吸引ポンプによる処理水の吸引量を演算する第３演算部と、同第３演算部の演算結果に応じて前記吸引ポンプによる処理水の吸引量を増加させる信号を前記吸引ポンプに出力する第２制御信号出力部と、を有してなることを特徴とする活性汚泥処理装置により効果的に達成される。

本発明の好適な態様によれば、前記制御部は、前記原水調整槽の液位の設定範囲を越えたときの増液速度を演算する演算部と、吸引ポンプによる前記膜ろ過ユニットからの処理水の吸引量を前記演算部による演算結果に対応して増加させる制御信号を出力する制御信号出力部とを有している。

その好適な態様によれば、前記制御部は、原水調整槽の液位の通常運転時における設定高さを越えたときの増液速度を演算する第１演算部と、同第１演算部の演算結果に応じて原水調整槽から送液ポンプにより脱窒槽を介して硝化槽へと送る原水の送液量を増加させる制御信号を送液ポンプに出力する第１制御信号出力部と、前記原水調整部からの送液量の増加に対応する硝化槽の液位の上昇速度を演算する第２演算部と、同第２演算部の演算結果に基づき硝化槽の溢流高さの範囲内に納まる液位上昇分に見合う吸引ポンプによる処理水の吸引量を演算する第３演算部と、同第３演算部の演算結果に応じて前記吸引ポンプによる処理水の吸引量を増加させる信号を前記吸引ポンプに出力する第２制御信号出力部とを有している。

作用効果

本発明が上記構成を備えることにより、未処理の原水が入っている原水調整槽の原水量の液面高さを液面計をもって常に検出しており、液面が設定された範囲を越えて非常に高い速度で増えてくると、制御部から制御信号が出力されて、その液面の上昇速度に応じて、硝化槽内の汚泥で膜分離された処理水の吸引量を増加させ、液位が溢流高さ以下を維持するように制御する。すなわち、原水調整槽の原水量の液面高さの変化を常に監視し、その液面が通常の設定範囲を越えたのちの液位の上昇が通常と異なって極めて早い速度で上昇する。そのため、通常の原水の間欠的な送液では追いつけず、原水調整槽ばかりでなく脱窒槽を経て硝化槽に流入する原水の量も増加し、遂には汚泥が硝化槽から溢流するようになる。これを避けるため、硝化槽内の汚泥が溢流しないように、硝化槽内の汚泥から膜分離された処理水の吸引量を増加させて、液位を溢流高さ以下に維持する。

硝化槽の液量が増加する前に制御部からは原水調整槽の液面上昇速度に見合った吸引ポンプの吸引容量を大きくする信号が出力されて、硝化槽の処理能力をアップさせる。

その結果、原水調整槽の液位が通常の設定範囲を越えて、その影響が硝化槽に達する前に、硝化槽における処理水の吸引量を原水調整槽の急激な液位の上昇に対応させて増加させるため、活性汚泥が外部に溢流することがない。このとき、原水調整槽の原水もろ過ポンプの吸引速度の増加に合わせて、高速に送るようにすると、原水調整槽からも溢流することがなくなる。

また本発明によれば、前記原水調整槽の液位を測定する液面計は、常に原水調整槽の液面高さの変化を検出し、その検出高さ信号を定期的にあるいは常に制御部に送り続ける。原水調整槽の液位が通常運転時における設定高さを越えた場合には、第１演算部が前記原水調整槽の液面計で計測される液位の変化割合から液位の上昇速度を演算する。この第１演算部の演算結果に応じて、制御部の第１制御信号出力部から原水調整槽から前記送液ポンプにより脱窒槽を介して硝化槽へと送る原水の送液量を増加させる制御信号を送液ポンプに出力する。第２演算部は、前記原水調整部からの送液量の増加量から硝化槽の液位の上昇速度を演算する。第２演算部の演算結果に基づいて、第３演算部は同硝化槽の液位が溢流高さ以下を維持するように吸引ポンプによる処理水の吸引量を演算する。第３演算部の演算結果に応じて、制御部の第２制御信号出力部から前記吸引ポンプによる処理水の吸引量を増加させる信号を前記吸引ポンプに出力する。

つまり、本発明の上記基本構成によれば、液面計により原水調整槽の原水量の液面高さを常に監視している。その液面が通常に設定された範囲を越えて非常に高い速度で増えてくると、その原水調整槽の液位の上昇速度を制御部で演算するとともに、硝化槽に設置された液面計からの信号を受けて、同じく制御部で硝化槽の液位の上昇速度を演算する。その演算結果から、硝化槽の液位の上昇を溢流高さの範囲内に納まる処理量とすべく、処理水の吸引量を演算し、その演算された吸引量に合わせて制御部から処理水の吸引量を増加させる制御信号が送られ、吸引容量を増加させる。

すなわち、原水調整槽の液位の上昇を常時監視しつつ、同時に硝化槽の液位の上昇をも監視しており、双方の液位が通常の設定範囲内にあるときは、硝化槽の液面計から制御部には格別の出力信号は出力されず、膜ろ過ユニットの運転を定常どおり間欠的に行っている。あるとき原水調整槽の液位が急激に上昇して通常の設定範囲を越えるようとすると、制御部ではそのときの液位の上昇速度とともに硝化槽の液位の上昇速度を求め、硝化槽から活性汚泥が外部へ流出する以前に、硝化槽の液面が通常の液位の上限を越えることを許容すると同時に、その液位の上昇限を溢流高さの範囲以下と抑えて、硝化槽の液位の上昇速度に見合った吸引量となるように吸引ポンプの吸引量を自動的に増加させる。その結果、原水調整槽の原水が同調整槽から外部へと妄りに流出することを防止すると同時に、その増加に見合った分を硝化槽の液面を溢流高さ以内に収まるように、硝化槽の余剰空間を利用して液位を増加させながら原水調整槽の液位の上昇分を効果的に吸収する。

その具体的な態様によれば、液面計からの急激な液位の上昇信号を受けると、制御部の第１演算部及び第２演算部ではそれぞれ原水調整槽及び硝化槽の液位の上昇速度を演算する。このとき、原水調整槽の送液ポンプには第１演算部の演算結果を踏まえた送液量を増加させる制御信号が第１制御信号出力部から送られ、送液ポンプによる送液量を増加させる。一方、第２演算部による演算結果に基く硝化槽の液位の上昇速度から、硝化槽の定常の液位の上限高さより上方で溢流高さ以内に上昇を抑えるべく吸引ポンプの吸引量を第３演算部にて演算する。この演算結果に合わせて吸引ポンプの吸引容量を制御信号を制御部の第２制御信号出力部から吸引ポンプに送られ、硝化槽の膜ろ過ユニットからの処理水の吸引量を増加させる。それでも吸引量が追い付かないようなときは、制御部からは原水調整槽の放水ポンプなどに信号が送られ、原水調整槽の原水を消毒したのち放水を開始する。

以下、本発明の好適な実施形態につき詳細に説明するが、本発明は特許請求の範囲内において多様な変更が可能であり、以下の実施形態に限定解釈されるものではない。
図１は、本発明の代表的な第１実施形態を示す活性汚泥処理装置の概略構成図である。同図において、符号１は微細目スクリーン、符号２は原水調整槽、３は脱窒槽、符号４は硝化槽を示している。排水（原水）は、微細目スクリーン１により所定の大きさ以上の固形物が分離されて送液ポンプＰ１により脱窒槽３に送液されて脱窒がなされる。この脱窒がなされた原水は、脱窒槽３から溢流して硝化槽４へと溢流により送り込まれる。ここで脱窒がなされた原水は、硝化槽４にて有機物の酸化分解と、硝化菌による硝化がなされて活性汚泥を増殖させる。硝化槽４では活性汚泥の固形分と処理水に膜分離され、処理水は処理水槽へと送られる。このとき発生する余剰汚泥の一部は返送ポンプＰｒを介して脱窒槽３に戻され、余剰汚泥の残部は汚泥貯蔵槽へと排出される。汚泥貯蔵槽に集められて濃縮化した濃縮汚泥は乾燥させてから焼却処分に回される。

本実施形態では、硝化槽４内には１以上の膜ろ過ユニット５を並列して浸漬させている。図示例によれば、理解を容易にするため２基の膜ろ過ユニット５を示しているが、単基でもよく、或いは２基以上の複数基が配される。膜ろ過ユニット５は、図１に示すように、中空糸膜モジュール９と散気発生装置１５とを備えている。

前記中空糸膜モジュール９は、図２に示すように、多数枚のシート状の中空糸膜エレメント１０が所要の間隔をおいて平行に配された略立方体形状を呈している。本実施形態にあって、前記中空糸膜エレメント１０は、図３に示すように多数の多孔性中空糸１０ａを平行に配列してシート状となし、各多孔性中空糸１０ａの一端側を固定用樹脂１１をもって閉塞固定するとともに、他端側は各多孔性中空糸１０ａの中空部を開口させて、同じく固定用樹脂１１をもって固定している。この多孔性中空糸１０ａの材質としては、セルロース、ポリオレフィン、ポリスルホン、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフロライド）、ＰＴＦＥ（ポリ四フッ化エチレン）、セラミックスなどが挙げられる。また、前記シート状の膜エレメントは、中空糸膜に限るものではなく、複数の微細な孔を有するろ過膜を備えたものであれば、例えば平膜タイプ、管状膜タイプ、袋状膜タイプなどの種々の公知の分離膜を適用することができる。

このシート状の中空糸膜エレメント１０に形成された微細孔の平均孔径は、一般に限外ろ過膜と呼ばれる膜では平均孔径０．００１〜０．１μｍ、一般に精密ろ過膜と呼ばれる膜では平均孔径０．１〜１μｍである。例えば、活性汚泥の固液分離に用いるときは、０．５μｍ以下の孔径であることが好ましく、浄水のろ過のように除菌が必要な場合は０．１μｍ以下の孔径であることが好ましい。

本実施形態による前記中空糸膜エレメント１０の膜面積は１枚あたり２５ｍ²であり、前記中空糸膜モジュール９の膜面積は５００ｍ²であって、１枚の中空糸膜エレメント１０によって、１日あたり４００ｔの排水を処理できる。因みに、１基の膜ろ過ユニット５に、２０枚、４０枚、６０枚の中空糸膜エレメント１０を組み込むことができ、その膜ろ過ユニット５の１基あたりの全膜面積は５００ｍ²、１０００ｍ²、１５００ｍ²であって、ユニット１基あたりの処理量は、１日あたり４００ｔ、８００ｔ、１２００ｔとなる。

従って、１日あたり１００００ｔ以上の処理を行うには、最も大きな膜ろ過ユニットを使ったとしても、単一の処理槽（硝化槽）に１０基以上の膜ろ過ユニットを並べて浸漬する必要がある。通常、これらの単一槽内に浸漬される複数の膜ろ過ユニット５は、それぞれが分岐管を介して同一の吸引ヘッダーを通して単一のポンプにより吸引され、処理水として一括処理される。この単一ポンプによる処理を一系列としたとき、更に処理量を増やすには、当然にポンプ容量を増やし、処理槽を大きくしなければならないが、膜ろ過ユニット数を更に増やし、場合によっては系列数をも増やさなければならない。

上記中空糸膜モジュール９は、図２に示すように、多数本の多孔性中空糸１０ａを平行に並列させたシート状の中空糸膜エレメント１０の上部開口端部を固定用樹脂１１を介してろ過水取出管１２に連通支持させるとともに、下端を閉塞して同じく固定用樹脂１１を介して下枠１３により固定支持させ、前記ろ過水取出管１２及び下枠１３の各両端を一対の縦杆１４により支持して構成される。多数枚の中空糸膜エレメント１０が、多孔性中空糸１０ａを垂直にして上下端面を開口させた矩形筒状の上部ケーシング２０のほぼ全容積内に収容されてシート状に並列支持される。

本実施形態による前記多孔性中空糸１０ａは、中心部に沿って長さ方向に中空とされたＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニデン）からなる中空糸が使われており、そのろ過孔の孔径は０．４μｍである。また、１枚あたりの有効膜面積は２５ｍ²である。上記シート状の中空糸膜エレメント１０は膜ろ過ユニット５あたり２０枚が使われ、その大きさは奥行きが３０ｍｍ、幅が１２５０ｍｍ、高さが２０００ｍｍである。散気発生装置１５をも含めた１膜ろ過ユニット５の大きさは、奥行きが１５５２．５ｍｍ、幅が１４４７ｍｍ、高さが３０４３．５ｍｍである。上記ろ過水取出管１２の材質はＡＢＳ樹脂であり、縦杆１４の材質はＳＵＳ３０４が使われている。ただし、多孔性中空糸１０ａ、ろ過水取出管１２及び縦杆１４などの材質、中空糸膜エレメント１０の大きさ、膜ろ過ユニット１基の大きさや同ユニット１基あたりの中空糸膜エレメント１０の枚数などは、用途に応じて多様に変更が可能である。例えば、中空糸膜エレメント１０の枚数で言えば処理量に合わせて２０枚、４０枚、６０枚、…と任意に設定できる。

各中空糸膜エレメント１０の上記ろ過水取出管１２の一端には、図３に示すように、各多孔性中空糸１０ａによってろ過された良質な処理水の取出口１２ａが形成されている。本実施形態にあって、図２及び図３に示すように、各取出口１２ａには、それぞれＬ型継手１２ｂがシール材を介して液密に取り付けられる。また、上記上部ケーシング２０の上端の前記取出口１２ａが形成されている上側端縁に沿って集水ヘッダー管２１が水平に設けられている。この集水ヘッダー管２１の、前記ろ過水取出管１２に設けられた複数の前記取出口１２ａと対応する位置には、それぞれに集水口２１ａが形成されており、各集水口２１ａに上記取出口１２ａと同様のＬ型継手２１ｂがシール材を介して液密に取り付けられている。前記ろ過水取出管１２の処理水取出口１２ａと前記集水ヘッダー管２１の集水口２１ａとが、それぞれに取り付けられたＬ型継手１２ｂ，２１ｂ同士を接続することにより通水可能に連結される。集水ヘッダー管２１の一端部には吸引ポンプＰｖと吸引管路２２とを介して接続される吸水口２１ｃが形成されている。各集水ヘッダー管２１ごとに形成された吸水口２１ｃと前記吸引管路２２とは、図１に示すように、同吸引管路２２からそれぞれ分岐した分岐管路２２ａに介装された開閉バルブ２３を介して連結されている。

一方の散気発生装置１５は、図４に示すように、前記上部ケーシング２０の下端に結合された上下が開口する矩形筒体からなり、その４隅の下端から下方に延びる４本の支柱２４ａを備えた下部ケーシング２４の底部に収容固設されている。前記散気発生装置１５は、矩形状の枠体に両端部が固着支持された細長い金属又は合成樹脂からなる複数のパイプ状の散気管１７を備えている。この散気管１７には、通常、下面側に長さ方向に延びるエア噴出スリットか、或いは複数のエア噴出孔が形成されている。また、この散気管１７の一端は閉塞されており、他端はばっ気ブロアＢから延びるエア主管１８から分岐するエア導入管１６と開閉バルブ１９を介して連通している。

図示例によれば、前記散気管１７の本体はスリット付きゴム管から構成されており、水平に配されたゴム管の下面には、長さ方向に沿って内外に連通する図示せぬスリットが形成されている。前記散気発生装置１５は上記中空糸膜モジュール９の下面から下方に４５ｃｍの間隔をおいて配されることが好ましく、前記支柱２４ａを下部ケーシング２４から下方に突出させて、外部に開放させることは汚泥の流動を円滑にするため望ましい。

また、本実施形態による散気発生装置１５は複数基の各膜ろ過ユニット５ごとに配されており、単一のばっ気ブロアＢから送られるエアを、それぞれの散気発生装置１５に分流させるために、前記ばっ気ブロアＢに直接接続されたエア主管１８を有しており、同エア主管１８から各散気発生装置１５のエア導入管１６に接続させている。このエア導入管１６のエア主管側の端部は槽外に配され、実際には、槽外のエア導入管１６の端部に上記開閉バルブ１９が設けられ、同開閉バルブ１９の開閉操作を槽外にて行えるようにすることが望ましい。

本発明は、例示した上述のような構成を備えた複数基の膜ろ過ユニット５を同一硝化槽４に浸漬して並置し、脱窒槽３と硝化槽（好気槽）４との間で汚泥を循環させながら、上述のような生物化学的な活性汚泥処理を行う。

一般に、汚泥の循環は、硝化槽４から脱窒槽３へ送液ポンプで常時行われている。また、脱窒槽３から硝化槽４へは、常に汚泥が溢流している。一方、原水調整槽２には、原水が成り行きで導入される。吸引ポンプＰｖは間欠運転されており、次第に硝化槽の液面が低下する。あるレベルまで液面が下がると原水調整槽２から送液ポンプＰ１によって、脱窒槽３に送液され、硝化槽４の液位があるレベルに達すると停止する。そのため、通常は、硝化槽４の液面レベルは、ある一定の幅の範囲に入っている。

一方、原水調整槽２から脱窒槽３への送液は、前述のとおりろ過の量に合わせて行われているが、原水調整槽２の原水がある液位に達すると、送液ポンプＰ１にインターロックがかかって、送液が停止する。すると、硝化槽４の液面が徐々に低下し、あるレベル以下となり、今度は吸引ポンプＰｖのインターロックがかかり、ろ過を停止させる。原水調整槽に原水が導入されてくると、再び送液ポンプＰ１の運転が始まり、送液を開始して硝化槽４の液面が上昇し、吸引ポンプＰｖによる吸引ろ過が再開される。通常、１日に導入される原水量に対してろ過膜の処理能力は、大きく設定されている。また原水調整槽は、ある程度の流量変動を吸収できる大きさに設定されている。

ところで、このような活性汚泥処理を行う産業排水や下水の処理場は露天に曝されていることが多い。こうした処理場に搬入される排水や下水の量は年間あたりの処理量にほぼ等しく、年間を通して各処理槽に収容されている排水量は規模に応じて常に一定とされている。その結果、処理場における処理も予め設定されたスケジュールに基づき計画的になされる。一方、地域による降雨量は予め予測できるが、例えば一時的な大雨や台風による予想外の大量の降雨、或いは予想外の稼動時間の延長により生じる産業排水量の一時的な増加が発生する。

これらの一時的ではあっても、大量な降雨による処理用原水の増量や排水量が増加すると、通常の運転では到底間に合わず、処理槽から溢れ出しかねない。ここで、例えば原水調整槽の処理前の原水であれば、処理が間に合わない場合には、緊急避難的にバイパスを通して原水を消毒したり殺菌したのち放流することも考えられるが、特に硝化槽４の汚泥は、例え降雨により希釈されたあとでも大量の細菌類が含まれていることから槽外に流れ出ることだけは絶対に避けなければならない。

そこで、本実施形態では前記原水調整槽２の原水流入量が通常の設定範囲を越えて急激に増えたとき、上記膜ろ過ユニット５からの処理水の吸引量をその増液速度に対応させて自動的に増加させる制御部を設けている。

本実施形態では、図１に示すように、原水調整槽２に、例えば図示せぬフロートスイッチやリミットスイッチなどの液面計２５を配置して、高位Ｈ、中位Ｍ、低位Ｌの三位置の液面高さを計測している。通常は、中位Ｍと低位Ｌとの二位置の液面高さを計測し、原水調整槽２内の原水の液面高さが低位Ｌまで下がっているときは送液ポンプＰ１を停止させる。液面が低位Ｌと中位Ｍとの間にあるときは、送液ポンプＰ１の駆動を継続し、或いは所定時間ごとに駆動と停止を繰り替えして、液面高さが低位Ｌになるまで脱窒槽３へと間欠的に或いは連続して原水を送り続ける。このときの送液ポンプＰ１の駆動制御は、改めてコンピュータＣＰを介する必要はなく、ろ過処理による硝化槽４の液位低下による起動と液位上昇による停止によっても制御される。

ここで、原水調整槽２に導入される原水の増加速度がろ過処理速度を上回り、同原水調整槽２の液面高さが中位Ｍを越えて更に高位（溢流高さ）Ｈを越えようとするときは、コンピュータＣＰを介して硝化槽４の膜ろ過ユニット５に分岐管路２２ａと接続された吸引ポンプＰｖによる処理水（ろ過水）の吸引容量を変更して吸引流量を増加させる制御を行う。このときの吸引流量は原水調整槽２の原水増加速度に見合った流量とする。

この制御について具体的に述べると、コンピュータＣＰには原水調整槽２の液面が中位Ｍを越えたのちの液面高さを計測する液面計の計測信号を受けて、その原水の液位の増加速度を図示せぬ第１演算部にて演算する。更にコンピュータＣＰは、前記原水調整槽２の液位が中位Ｍを越えたときの液位の上昇に基づき吸引ポンプによる処理水の吸引量を図示せぬ第２演算部にて演算し、同時に同第２演算部の演算結果に対応して図示せぬ制御信号出力部から処理水の吸引量を増加させる制御信号を出力する。

前記制御信号を受けて、吸引ポンプＰｖの、例えば斜板角が変更されて吸引容量を増加させる。このとき本実施形態にあっては、ばっ気ブロアＢにもコンピュータＣＰから同様の信号が出力され、ばっ気ブロアＢの送風量を吸引ポンプＰｖの増加量と同様の割合で増加させて各散気発生装置１５に送られる。なお、吸引ポンプＰｖの吸引量が原水調整槽２の液位の上昇に追い付くことができなくなり、原水調整槽２が高液位Ｈになったときは、応急処置としてコンピュータＣＰから原水調整槽２の図示せぬ放水ポンプに信号が発せられ、同ポンプを駆動して原水を消毒及び滅菌処理を行ったのちに、図示せぬバイパスを通して槽外に放出する。

次に、本発明の代表的な第２実施形態を図５に基づいて具体的に説明する。この実施形態にあって上記第１実施形態と異なるところは、硝化槽４にも液面計２６が設置されていること、制御部であるコンピュータＣＰに上記第１演算部に加えて、図示は省略しているが第１演算部の演算結果に基づき硝化槽４の液位の上昇速度を演算する第２演算部を有すること、第２演算部の演算結果に基づき硝化槽４の溢流高さＬＨの範囲内に納まる液位上昇分に見合う吸引ポンプによる処理水の吸引量を演算する第３演算部を有すること、第１演算部の演算結果に合わせて原水調整槽２から送液ポンプＰ１により脱窒槽３を介して硝化槽４へと送る原水の送液量を増加させる制御信号を送液ポンプＰ１に出力する第１制御信号出力部を有していることである。ここで、本実施形態における上記第２制御信号出力部は上記第１実施形態における制御信号出力部と実質的に同じ機能を有している。

具体的には、上記第１実施形態と同様に、原水調整槽２には、図示せぬフロートスイッチやリミットスイッチなどの液面計が配されてており、高位Ｈ、中位Ｍ、低位Ｌの三位置の液面高さを計測している。通常は、中位Ｍと低位Ｌとの二位置の液面高さを計測し、原水調整槽２内の原水の液面高さが低位Ｌまで下がっているときは送液ポンプＰ１を停止させる。液面が低位Ｌと中位Ｍとの間にあるときは、送液ポンプＰ１の駆動を継続し、或いは所定時間ごとに駆動と停止を繰り替えして、液面高さが低位Ｌになるまで脱窒槽３へと間欠的に或いは連続して原水を送り続ける。このときの送液ポンプＰ１の駆動制御は、コンピュータＣＰを介する必要はなく、単にろ過処理による硝化槽の水位低下による起動と水位上昇による停止によって制御される。

ここで、原水調整槽２に導入される原水の増加速度がろ過処理速度を上回り、同原水調整槽２の液面高さが中位Ｍを越えて更に高位Ｈを越えようとするときは、制御部であるコンピュータＣＰの図示せぬ第１演算部がその液位の上昇速度を演算する。この演算結果に基づきコンピュータＣＰの第１の図示せぬ制御信号出力部から送液ポンプに制御信号が送られて、送液ポンプの送液量を増加させる。その結果、脱窒槽３を介して硝化槽４に送り込まれる原水量も増加する。このとき、コンピュータＣＰの図示せぬ第２演算部では第１演算部の演算結果を踏まえて硝化槽４における液位の上昇速度をも演算している。硝化槽４では通常の運転時における最大液位ＬＬが予め設定されており、それ以上は液位が上がることはないように吸引ポンプＰｖの吸引量を制御にている。

しかるに、前述のように原水調整槽２に予定外の大量の原水が流入すると、原水調整槽２における送液ポンプＰ１による運転を通常と同様に行っていては原水の流入量に見合った送液ができず、中位Ｍを急速に越えてしまう。上述のごとく、その流入量に合わせて送液ポンプＰ１による送液量を増加させると、硝化槽４の原水流入量も急速に増加して、硝化槽４における通常運転時の上記最大液位ＬＬを越えて、その上方の溢流高さＬＨにまで上昇しかねない。ところが、硝化槽４の活性汚泥は多量の細菌類を含んでいるため槽外に流出させてはならない。

そこで、本実施形態では通常は越えるはずのない最大液位ＬＬを所要の時間だけ越えることを容認する。このとき、ろ過水の吸引を定常に運転して単に硝化槽４への原水の流入を容認するだけでは硝化槽４の溢流高さＬＨを早期に越えてしまう。これを避けるため、硝化槽４における最大液位ＬＬ以上の増量を容認するとともに、その増量が溢流高さＬＨの範囲内に収まるように、原水の流入量に見合う増量分を吸引ポンプＰｖにより吸引させるようにする。そのため、コンピュータＣＰの上記第２演算部では第１演算部の演算結果を踏まえて硝化槽４における液位の上昇速度をも演算し、その演算結果と硝化槽４における最大液位ＬＬから溢流高さＬＨまでの増量速度とを比較して、第３演算部において吸引ポンプＰｖの増加吸引量を決定する。その決定に従って、コンピュータＣＰの上記第２制御信号出力部から吸引ポンプＰｖに制御信号が送られて、原水の流入量に合わせて吸引ポンプＰｖの吸引容量を増加させる。これにより、原水調整槽２における原水の急激な増加に対応して、硝化槽４のろ過水の吸引量を溢流高さＬＨを越えない範囲にて増加させる。

このとき、ばっ気ブロアＢにもコンピュータＣＰから同様の信号が出力され、ばっ気ブロアＢの送風量を吸引ポンプＰｖの増加量と同様の割合で各散気発生装置１５に送られる。なお、吸引ポンプＰｖの吸引量が原水調整槽２の液位の上昇に追い付くことができなくなり、原水調整槽２の液面が高位Ｈになったときは、応急処置としてコンピュータＣＰから原水調整槽２の図示せぬ放水ポンプに信号が発せられ、同ポンプを駆動して原水を消毒及び滅菌処理を行ったのちに、図示せぬバイパスを通して槽外に放出する。

本発明の代表的な第１実施形態を示す分離膜活性汚泥処理装置の概略構成図である。同分離膜活性汚泥処理装置に適用される膜ろ過ユニットの一例を一部切開して示す全体立体図である。前記膜ろ過ユニットに適用される分離膜エレメントと集水ヘッダー管との接続関係を示す立体図である。前記膜ろ過ユニットに適用される散気発生装置の一例を示す概略構成図である。本発明の代表的な第２実施形態を示す分離膜活性汚泥処理装置の概略構成図である。

符号の説明

１微細目スクリーン
２原水調整槽
３脱窒槽
４硝化槽
５スタティックミキサ
６膜ろ過ユニット
９中空糸膜モジュール
１０（シート状の）中空糸膜エレメント
１０ａ多孔性中空糸
１１固定用樹脂
１２ろ過水取出管
１２ａろ過水取出口
１２ｂＬ型継手
１３下枠
１４縦杆
１５散気発生装置
１６エア導入管（分岐管路）
１７散気管
１８エア主管
１９開閉バルブ
２０上部ケーシング
２１集水ヘッダー管
２１ａ集水口
２１ｂＬ型継手
２１ｃ吸水口
２２吸引管路
２２ａ分岐管路
２３開閉バルブ
２４下部ケーシング
２４ａ支柱
２５，２６液面計
Ｐ１送液ポンプ
Ｐｖ吸引ポンプ
Ｂばっ気ブロア
ＣＰコンピュータ
Ｈ高位
Ｍ中位
Ｌ低位
ＬＨ溢流高さ
ＬＬ（通常運転時の）最大液位

Claims

原水の脱窒槽への送液量を調整する原水調整槽と脱窒菌による脱窒処理がなされる脱窒槽と硝化菌による硝化処理がなされる硝化槽とが順次配され、
前記原水調整槽から前記硝化槽へ被処理水を送液する送液ポンプを有し、
前記硝化槽には１基以上の膜ろ過ユニットが浸漬され、排水を生物学的に処理して活性汚泥と処理水とに膜分離する活性汚泥処理装置にあって、
前記原水調整槽及び前記硝化槽がそれぞれの槽の各液位を測定する液面計を備え、前記原水調整槽の液位が、予め決められた通常運転時における設定高さを越えた場合に、前記硝化槽の液位を前記液面計にて監視し、
前記原水調整槽及び硝化槽の液位の増加に合わせて、同硝化槽の液位が溢流高さ以下を維持するように、前記送液ポンプによる被処理水の送液量及び膜ろ過ユニットからの処理水の吸引量を自動的に制御する制御部を備えてなり、
前記制御部は、
原水調整槽の液位の通常運転時における設定高さを越えた場合において前記原水調整槽の液面計で計測される液位の変化割合から液位の上昇速度を演算する第１演算部と、
同第１演算部の演算結果に応じて原水調整槽から前記送液ポンプにより脱窒槽を介して硝化槽へと送る原水の送液量を増加させる制御信号を送液ポンプに出力する第１制御信号出力部と、
前記原水調整部からの送液量の増加量から硝化槽の液位の上昇速度を演算する第２演算部と、
同第２演算部の演算結果に基づき同硝化槽の液位が溢流高さ以下を維持するように吸引ポンプによる処理水の吸引量を演算する第３演算部と、
同第３演算部の演算結果に応じて前記吸引ポンプによる処理水の吸引量を増加させる信号を前記吸引ポンプに出力する第２制御信号出力部と、
を有してなることを特徴とする活性汚泥処理装置。